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光学成果展示(馆内原创)—— 公路交通气象环境与路面状况监测传感器

日期:2020-10-30

依托交通运输部西部交通建设科技项目“十二五”重大科技专项---“基于物联网的公路网运行状态监测与效率提升技术”,为了实时获取道路不同路段的气象环境信息及不同路段路面状况信息,提升恶劣天气交通行驶的安全性,中国科学院西安光学精密机械研究所开发了具有自主知识产权的“公路网能见度气象环境与路面状况监测传感器”。

此设备通过精密光学消光系数测量和多光谱遥感非接触测量技术,可用于实时收集获取公路8个实时气象环境参数以及道路表面积水、结冰、积雪等状态信息。通过各种传感器对气象环境数据进行采集、处理,利用无线模块传输到上位机进行处理与发布。适用于交通公路路面、桥面、隧道、事故多发地区、雨雪多发地区、坡道转弯区域等关键路段的气象环境监测,性能达到并超过国内外同类产品水平。


    

     公路交通气象环境与路面状况监测传感器


产品主要采用光学非接触测量和光学调制反馈控制等技术,具有高精度、高稳定测量的特点。设备安装不需要封闭道路、不需要切割路面,安装工作既安全又方便。                         


公路交通气象环境与路面状况监测传感器安装情况


此次西安光机所研究团队研发的“公路交通气象环境与路面状况监测传感器”解决了外场应用中高稳定性光源研制与高精度光电弱信号探测等技术难题,可实时监测雾霾情况下公路能见度及雨雪等恶劣天气下路面积水、结冰状况,为高速公路管理部门提供车辆安全行驶提供了重大支持。相关研究成果申报国家专利4项,其中发明专利2项,授权实用新型专利2项。目前设备已成功应用于交通部重庆高速物联网示范工程项目,在200多公里某高速路段内安装了8套能见度传感器和6套路面传感器,设备运行一年情况良好,深受用户单位好评。

非侵入式路面状况传感器是交通自动气象站组成部分之一,主要用于及时发现各路段及关键点的各种异常交通环境因素变化和气象状况,为气象服务和交管部门提供实时的决策科学依据。

遥感路面状态传感器用于测量路面结冰引起的道路湿滑程度,基于光谱对道路表面近距离进行遥感测量。传感器带有一个红外发射器,对准道路表面选定位置,发射光从被测地点反射入接收器进行整合。传感器能够区分道路表面的水或冰引起的特定波长的反射,也可以探测到雪或霜。通常,当冰层达到约30μm 时路面开始变滑。传感器的高灵敏度使之可以轻易检测到此量级的冰。然而,道面的湿滑程度不仅仅与冰的量相关,研究表明,结有低含水量的硬冰路面比含有大量水或盐的软冰更滑。路面传感器能够分别检测水和冰,因而可以建立一个实用的湿滑程度指数,它代表典型路面和轮胎的摩擦能力。在干燥路面上,此指数被设为将近0.8,而在硬冰路面或有大量积雪的路面此指数降低至0.1。此指数的等级基于各种道路气象条件下真实摩擦力的测量。
   
路面状况传感器可以安装在路边,使之面对路面,水平夹角大于或等于30 度。也可以安装于道路上方,如桥梁或信号灯的构架上。通过被测地点的交通流量不会影响测量,除非有车辆完全停在被测地点数分钟之久。


高速公路大雾气象能见度及路面结冰状况监测


路面状况在线监测系统由前端数据采集单元、监测主机、后台软件,监控中心(上位机服务器)等组成。其中前端采集单元包含高速路上的温度、湿度、能见度等各类参数,各变送器数据通过有线方式汇集到监测中心主机,主机最终将接收到的信息通过无线网络或者有线网络上传到监控中心,由运行于监控中心的监控软件进行数据存储、分析、显示和处理。如果上报的数据超过限位值,监控软件将会进行多种手段的报警提示。

  传感器拓扑结构


该系统由高速公路数据采集单元、数据传输中心、后台软件中心等部分组成。可观测的气象要素包括常规气象(温、湿、雨、光照)、能见度和路面状况(路面温度、干湿状况、结冰等)。

该系统配置灵活,各种观测传感器可根据需求灵活配置。所监测并采集的高速公路沿线能见度、气温、湿度、雨量、路面状况(表面温度、干湿状况、结冰)等数据能实时通过网络方式传输到监控中心,并在恶劣或极端气象条件下能及时发出警示信息以提高高速公路的安全行车水平,做到智能预警和管理。

路面状况监测传感器的应用


路面状况监测传感器应用后,实现了道路、高速公路、机场24小时自动化监测,通过对路面状况的监测,为车辆行驶,飞机起飞降落提供了辅助工具,为安全文明驾驶保驾护航,为科学管理道路监督提供决策依据。并且它能同时检测能见度、路面积水、雪厚、雨雪量、车流量、风速、风向、噪声等路面状况的实时数据变化情况,并可联动摄像头,对监测数据超标画面进行视频抓拍。能够为交通规划、交通监管合理布局提供依据,同时还可以辅助相关部门对灾害天气如台风、暴雨、雾霾、暴雪、霜冻等做出及时预警,提前调度安排,尽量避免因灾害天气造成的交通事故。

路面状况监测为道路安全文明驾驶起到重要辅助作用。驾驶员在驾驶车辆行驶过程中需要高效快速的判断前方路况,提前了解前方路况对驾驶员安全文明行驶起到非常重要的作用,路面状况监测仪通过对能见度、路面积水、雪厚、雨雪量、车流量等路面状况进行实时监测、实时播报,提高了观测的准确性和精准度,大大大减轻了人工手动监测工作人员的工作量,提高了工作效率,路面状况监测仪通过前端采集信号核心传感器来感应环境中各种参数的变化情况,经过主机采集系统快速分析处理,通过无线网将数据传输到服务器。通过互联网技术,高新技术处理分析,把道路安全文明行驶推向科技化,促进智慧城市建设。

      

                                                      业务拓展处  王磊